IMPLEMENTAÇÃO DA COLETA SELETIVA DE ESTABELECIMENTOS COMERCIAIS POR MEIO DE UM APLICATIVO DE ROTEAMENTO DE VEÍCULOS:
UM ESTUDO DE CASO NO RIO DE JANEIRO
Luíza Santana Franca
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Transportes, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia de Transportes.
Orientador: Glaydston Mattos Ribeiro
Rio de Janeiro Março de 2017
ii IMPLEMENTAÇÃO DA COLETA SELETIVA DE ESTABELECIMENTOS
COMERCIAIS POR MEIO DE UM APLICATIVO DE ROTEAMENTO DE VEÍCULOS: UM ESTUDO DE CASO NO RIO DE JANEIRO
Luíza Santana Franca
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES.
Examinada por:
________________________________________________ Prof. Glaydston Mattos Ribeiro, D.Sc.
________________________________________________ Prof. Carlos David Nassi, Dr. Ing.
________________________________________________ Profª. Gisele de Lorena Diniz Chaves, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL MARÇO DE 2017
iii Franca, Luíza Santana
Implementação da Coleta Seletiva de Estabelecimentos Comerciais por meio de um Aplicativo de Roteamento de Veículos: Um Estudo de Caso no Rio De Janeiro/ Luíza Santana Franca. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2017.
XII, 85 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Glaydston Mattos Ribeiro
Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia de Transportes, 2017.
Referências Bibliográficas: p. 80 - 85.
1. Coleta Seletiva. 2. Roteamento de veículos. 3. Coletas de resíduos sólidos urbanos. I. Ribeiro, Glaydston Mattos. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia de Transportes. III. Título.
iv AGRADECIMENTOS
Ao finalizar esta dissertação vários momentos me vieram à tona para lembrar como foram intensos esses anos de mestrado que me levaram a concluir neste momento com este trabalho. Antes de tudo agradeço imensamente por toda a parceria de trabalho que fiz com meu orientador, Prof. Glaydston, que me apoiou e me deu todo o suporte que eu precisava para elaborar este trabalho, desde seu começo que foi completamente do zero; além de confiar e me motivar sempre nos momentos em que mais precisei. Mas uma das características mais importantes dele é ser aquele que irá te dar o pontapé inicial para o trabalho, que vai te instigar a ponto de você querer seguir em frente com aquela ideia que acredita e vai te dar toda liberdade para você fazer da maneira que achar melhor. Essa, para mim, é a principal característica de um orientador, que não está somente ali para dar um suporte e sim para dar todos os aparatos de forma a impulsionar o pesquisador para que ele busque seus caminhos e que descubra a si próprio nesta jornada. Por isso, o Prof. Glaydston é para mim hoje o meu melhor exemplo de profissional que eu quero ser um dia. Muito obrigada por toda amizade, consideração e incentivo!
Seguindo, só tenho que agradecer à minha família, que é a base de tudo que sou hoje e de todos os princípios que regem a minha vida. Muito obrigada a meu pai e minha mãe por sempre me incentivarem e me apoiarem nas minhas decisões, e por estarem sempre a meu lado. E à minha irmã, por ser a pessoa mais preciosa na minha vida! Agradeço por toda a amizade que temos e por estarmos sempre juntas para o que der e vier.
Muito especialmente agradeço ao João, a quem tanto amo e sou tanto feliz por estar junto! Muito obrigada por tudo o que você representa para mim, por todo carinho, amor e cumplicidade que temos. Agradeço todo o apoio que você me dá e todos os conselhos em cada momento da minha vida, inclusive na conclusão deste trabalho! Muito obrigada pela paciência, pelas sugestões e pelas motivações! E principalmente por juntar os mil pedaços de mim sendo parte ainda do que me faz forte.
Reservo um agradecimento especial às maravilhosas, Lelê e Michelle, que sempre estiveram comigo desde crianças. Não poderia ser uma pessoa mais feliz ao ter vocês em minha vida! São tantos anos de amizade, nos quais passamos tantas coisas juntas...e esse é mais um momento para comemorarmos juntas!
Com um destaque particular, reservo agradecimentos às minhas amigas e companheiras Bia, Lygia e Inaê, por me acompanharem nesses anos de mestrado.
v Foram tantas alegrias, frustrações e reviravoltas que não seriam possíveis de passar se eu não tivesse o apoio de vocês! E mais do que isso, a amizade que construímos é tão improvável e, ao mesmo tempo, tão certeira que nos faz sermos cada vez mais completas e realizadas.
Cabe aqui o meu muito obrigado também à empresa ORTEC, e em particular ao Bart, pela permissão em utilizar o aplicativo de roteamento de veículos ORTEC Routing and Dispatch, que contribuiu muito para que os cenários planejados pudessem ser simulados em um ambiente bem próximo do real, além da parceria que estamos iniciando entre a Universidade e a Empresa. E meus imensos agradecimentos ao Renato, por dar todo o suporte que precisei para utilizar o aplicativo e por estar sempre disposto a me ajudar no que precisei. Depois de idas e vindas, de mais desespero que tranquilidade, conseguimos concluir os resultados!
Por fim, agradeço à Clean Ambiental, pela oportunidade de trabalhar no mercado de resíduos sólidos, que é uma área tão desafiadora e que me apaixonei tanto. Muito obrigada por todas as experiências práticas que pude vivenciar e por todos os dados disponibilizados para que esta pesquisa fosse possível.
vi Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
IMPLEMENTAÇÃO DA COLETA SELETIVA DE ESTABELECIMENTOS COMERCIAIS POR MEIO DE UM APLICATIVO DE ROTEAMENTO DE VEÍCULOS:
UM ESTUDO DE CASO NO RIO DE JANEIRO
Luíza Santana Franca Março/2017
Orientador: Glaydston Mattos Ribeiro
Programa: Engenharia de Transportes
Segundo UNEP e ISWA (2015), os resíduos sólidos urbanos (RSU) possuem um crescimento de 7 a 10 bilhões de toneladas por ano no mundo, sendo que no Brasil, segundo SNIS (2016), 52,0% do total de resíduos coletados foram destinados a aterros sanitários e 3.326 municípios ainda utilizam formas inadequadas de disposição final (ABLRELPE, 2015). Tendo em vista a importância do desenvolvimento do setor, o presente trabalho visa avaliar economicamente a prática da coleta seletiva de resíduos recicláveis, de forma que estes possam ser reaproveitados e ter um destino final alternativo ao aterro sanitário. A análise deste trabalho foi feita por meio do uso do aplicativo de roteamento de veículos ORTEC Routing and Dispatch (ORD), de forma a simular a operação de uma empresa que realiza a coleta de RSU proveniente de estabelecimentos comerciais no Rio de Janeiro. A proposta foi planejada em 16 cenários de abrangência da coleta seletiva, que aumentou de forma gradativa de acordo com a conscientização da população. Os resultados das simulações mostram que, apesar do aumento de 41,44% da quilometragem total percorrida por todas as rotas ao se comparar o Cenário 16 (coleta seletiva de todos os resíduos recicláveis gerados, considerando a meta de 30% de rejeito pela PNRS) com o Cenário 1 (cenário base atual), é possível observar uma redução de 11,39% da quilometragem com a otimização das rotas de coleta seletiva pelo aplicativo. Desta forma, é possível obter uma redução de 27,72% do custo total, em relação ao cenário base avaliado.
vii Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
IMPLEMENTATION OF THE SELECTIVE COLLECTION OF COMMERCIAL WASTE THROUGH A VEHICLE ROUTING APPLICATION: A CASE STUDY IN RIO DE
JANEIRO
Luíza Santana Franca March/2017
Advisor: Glaydston Mattos Ribeiro
Department: Transportation Engineering
According to UNEP and ISWA (2015), the world urban solid waste can grow by 7 to 10 billion tons per year and in Brazil, 52.0% of the total collected destined to landfills in 2014 (SNIS, 2016) and 3.326 municipalities do not have a environmental friendly destination (ABRELPE, 2015). Considering the importance of the waste sector development, the present work aims to economically evaluate the practice of the selective collection of recyclable waste, so that this can be reused and has an alternative final destination. The analysis of this work was done through the use of the software ORTEC Routing and Dispatch (ORD), in order to simulate the operation of the case study in a private company responsible for urban solid waste collection from commercial establishments, which operates in the Metropolitan Region of Rio de Janeiro. The selective collection was planned in 16 scenarios where the recyclable waste separation was gradually increased, considering the population awareness. The results of the simulations show that despite the 41,44% increase in the total mileage covered by the routes when Scenario 16 (all the recyclable waste were collected which could be usable) where compared to Scenario 1 (current base scenario), it is possible to obtain a reduction of 11,39% of the total mileage covered by the selective routes. In this way, a reduction of 27,72% of the total cost was observed, when the new planning was compared to the base scenario.
viii
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... x
LISTA DE TABELAS ... xi
LISTA DE SIGLAS ... xii
1 INTRODUÇÃO ... 1
1.1. OBJETIVOS ... 3
1.2. ESTRUTURA ... 4
2 CONTEXTUALIZAÇÃO e CONCEITUAÇÃO ... 5
2.1. CADEIA LOGÍSTICA DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ... 5
2.2. PANORAMA DO BRASIL ... 10
2.3. PANORAMA DO RIO DE JANEIRO ... 13
2.4. PROBLEMA DE ROTEAMENTO DE VEÍCULOS ... 16
2.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 21
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 22
3.1. IDENTIFICAÇÃO DA NECESSIDADE DE REVISÃO ... 25
3.2. ESPECIFICAÇÃO DO OBJETIVO DA REVISÃO ... 25
3.3. DESENVOLVIMENTO DO PROTOCOLO DE REVISÃO ... 25
3.4. IDENTIFICAÇÃO, SELEÇÃO E INCLUSÃO DOS TRABALHOS PESQUISADOS ... 27
3.5. EXTRAÇÃO DOS DADOS E SÍNTESE DOS RESULTADOS ... 30
3.6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 33
4 APLICATIVO PARA A DEFINIÇÃO DE ROTAS (ORTEC Routing and Dispatch - ORD) ... 45
4.1. PROGRAMAÇÃO DINÂMICA ... 46
4.2. INSERÇÃO MAIS BARATA ... 47
4.3. BUSCA LOCAL PARA O REFINAMENTO DA SOLUÇÃO ... 48
4.4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 50
5 ESTUDO DE CASO ... 51
5.1. OPERAÇÃO DA EMPRESA EM ESTUDO ... 51
5.2. GRAVIMETRIA DOS RESÍDUOS COLETADOS ... 52
5.3. CENÁRIOS PLANEJADOS ... 56
5.4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 62
6 ANÁLISE DE RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 63
6.1. RESULTADOS DO CENÁRIO 1 ... 63
ix
6.3. COMPARAÇÃO DE TODOS OS CENÁRIOS COM O CENÁRIO BASE ... 72
6.4. COMPARAÇÃO DETALHADA ENTRE OS CENÁRIOS 1 E 16 ... 74
6.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 75
7 CONCLUSÕES ... 77
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1. Componentes da cadeia logística de RSU ... 7
Figura 2.2. Tipos de destino final utilizados no Brasil, por município ... 11
Figura 2.3. Evolução do índice de ocorrência do serviço de coleta seletiva ... 12
Figura 2.4. Ocorrência do serviço de coleta seletiva e populações correspondentes, segundo região geográfica ... 13
Figura 2.5. Resíduos potencialmente recicláveis registrados pela coleta seletiva municipal ... 14
Figura 2.6. Localização das estações de transferência e aterros sanitários ... 15
Figura 3.1. Procedimento da revisão bibliográfica sistemática ... 24
Figura 3.2. Etapa de Identificação dos trabalhos ... 26
Figura 3.3. Etapas de Seleção e Inclusão dos trabalhos ... 26
Figura 3.4. Quantidade de trabalhos pelas etapas da revisão bibliográfica sistemática ... 28
Figura 3.5. Participação das palavras-chave na etapa de Inclusão ... 28
Figura 3.6. Ano de publicação dos trabalhos incluídos ... 29
Figura 3.7. Região de estudo dos trabalhos incluídos ... 29
Figura 3.8. Periódicos de publicação dos trabalhos incluídos ... 30
Figura 3.9. Aplicativos utilizados pelos trabalhos incluídos na revisão ... 31
Figura 5.1. Fluxograma da coleta de resíduos extraordinários ... 52
Figura 5.2. Abrangência da coleta seletiva para cada cenário de simulação ... 57
Figura 5.3. Localização da base e destinos finais para a simulação dos cenários ... 59
Figura 6.1. Rotas do turno da manhã do Cenário 1 ... 63
Figura 6.2. Rotas do turno da tarde do Cenário 1 ... 64
Figura 6.3. Rotas do turno da noite do Cenário 1 ... 64
Figura 6.4. Comparação entre os cenários em relação à quantidade de rotas criadas ... ... 69
Figura 6.5. Comparação entre os cenários em relação à quilometragem das rotas...69
Figura 6.6. Comparação entre os cenários com 100% de separação de recicláveis....70
Figura 6.7. Comparação entre redução do custo e da quilometragem das rotas convencionais e de coleta seletiva, para os cenários de 100% de coleta seletiva...72
Figura 6.8. Custo por cliente (R$/cliente) atendido nos cenários considerados...73
Figura 6.9. Comparação do custo por cliente de cada cenário em relação ao Cenário 1 ... 73
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1. Resultados dos trabalhos reunidos da etapa de Inclusão ... 34
Tabela 5.1. Coeficientes da composição gravimétrica por tipo de estabelecimento .... 53
Tabela 5.2. Tipos de unidade de acondicionamento de resíduos e seus volumes ... 55
Tabela 5.3. Tempo de coleta e peso de cada unidade de acondicionamento de resíduos ... 60
Tabela 5.4. Características dos veículos da frota ... 59
Tabela 5.5. Custos operacionais ... 60
Tabela 5.6. Custo dos destinos finais ... 62
Tabela 6.1. Resultados para a coleta seletiva na Zona Sul ... 65
Tabela 6.2. Resultados para a coleta seletiva no Centro e Tijuca ... 66
Tabela 6.3. Resultados para a coleta seletiva na região da Zona Norte e Ilha ... 65
Tabela 6.4. Resultados para a coleta seletiva nas regiões da Barra, Recreio, Jacarepaguá e São Conrado ... 66
Tabela 6.5. Resultados para a coleta seletiva na região da Zona Oeste ... 68
Tabela 6.6. Comparação do custo e abrangência entre os cenários de 100% de coleta seletiva...69
Tabela 6.7. Comparação do custo e quilometragem das rotas convencionais e de coleta seletiva...69
xii
LISTA DE SIGLAS
CVRS - ComTec Vehicle Routing Service ETR – estação de transferência
GGE – gases de efeito estufa
IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change ISWA - International Solid Waste Association
ORD - ORTEC Routing and Dispatch PE - polietileno
PEV - pontos de entrega voluntária de resíduos PET - polietileno tereftalato
PNRS – Política Nacional de Resíduos Sólidos PRV - problema de roteamento de veículos
PRVC - problema de roteamento de veículos capacitado
PRVJT - problema de roteamento de veículos com janelas de tempo RSU – resíduos sólidos urbanos
PVC - policloreto de polivinila
UNEP - United Nations Environment Programme
1
1 INTRODUÇÃO
O gerenciamento de resíduos sólidos é um dos serviços essenciais para a sociedade, além de ser, sobretudo, um direito humano, merecendo considerável atenção. Ele engloba desde a fase da geração de resíduos até sua coleta, transporte para o receptor e enfim seu tratamento final, que modificará suas características essenciais de forma a transformá-lo em rejeito, ou seja, “depois de esgotadas todas as possibilidades de tratamento e recuperação por processos tecnológicos disponíveis e economicamente viáveis, não apresentem outra possibilidade que não a disposição final ambientalmente adequada”, segundo definição da LEI Nº 12.305/2010 (BRASIL, 2010).
Segundo o Relatório Global de Gerenciamento de Resíduos, produzido pela ISWA (International Solid Waste Association) em conjunto com a UNEP (United Nations Environment Programme), a geração de resíduos sólidos cresce anualmente em torno de 2 bilhões de toneladas por ano. Especificamente o grupo de resíduos sólidos urbanos (RSU), que engloba os resíduos comerciais, industriais e de construção civil, pode ter um crescimento de 7 a 10 bilhões de toneladas por ano (UNEP e ISWA, 2015). Neste relatório também observa-se a participação dos diferentes setores na geração de resíduos sólidos de países desenvolvidos. O setor de grande expressão é o de construção civil, com 36% do total de resíduos gerados por ano, seguido pelo setor residencial, com 24%, e o industrial, com 21%. Os setores comercial, de saneamento e de energia contam com a participação de 11%, 5% e 3%, respectivamente, do total de resíduos gerados no ano.
Em contraposição a este aumento na geração de resíduos, estima-se que 3 bilhões de pessoas ao redor do mundo ainda não têm acesso à disposição ambientalmente adequada. Esse quadro pode ser visualizado em países em desenvolvimento que destinam apenas 35% dos resíduos a um tratamento adequado, contrastando com 95 a 100% de destinação ambientalmente adequada em países desenvolvidos (UNEP e ISWA, 2015).
A gestão inadequada dos resíduos sólidos acarreta em grandes impactos ao meio ambiente, principalmente no que diz respeito ao seu tratamento final. A disposição direta dos resíduos sob o solo leva à percolação do chorume da superfície até o lençol freático, ocasionando não só à poluição da água local como à poluição de outras regiões que são atendidas por esse lençol. Além disso, essa prática atrai intensamente
2 vetores de doenças como insetos, roedores e urubus, sendo estes últimos um motivo de impacto na dinâmica aérea da região. Por fim e não menos importante, a decomposição dos resíduos sólidos gera o gás metano, que é considerado o principal gás de efeito estufa.
O Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) estima que a participação da geração de gases de efeito estufa pelo gerenciamento de resíduos sólidos é cerca de 3% de todas as emissões de poluentes atmosféricos contabilizadas em 2010. Essas emissões são provenientes principalmente da decomposição dos resíduos em aterros sanitários (UNEP e ISWA, 2015).
Cidades de países em desenvolvimento se deparam com os desafios da Agenda 21, como a adaptação e mitigação das mudanças climáticas, além da necessidade de estender o acesso ao saneamento básico a toda população. No caso da coleta e disposição de RSU, por exemplo, recursos financeiros disponibilizados por projetos enquadrados no Mecanismo de Desenvolvimento Limpo da Convenção-Quadro de Mudança Global do Clima (UNFCC) contribuíram para viabilizar a construção de aterros sanitários e energéticos com captura e queima do biogás (gás metano), permitindo um avanço na disposição ambientalmente adequada desses resíduos e a redução de gases do efeito estufa (GEE) (PREFEITURA MUNICIPAL, 2015).
Assim, os países, de uma forma geral, vêm desenvolvendo técnicas de tratamento dos resíduos sólidos de forma que as emissões de metano possam ser canalizadas e recebam o tratamento adequado para que seu potencial de intensificação do efeito estufa possa ser reduzido ou eliminado. Como exemplo, a Alemanha conseguiu reduzir 24% das emissões de gases de efeito estufa entre 1990 e 2006 a partir do controle e tratamento adequado do gás metano (UNEP e ISWA, 2015).
Outra forma de combater a geração dos gases de efeito estufa neste setor é a alteração do formato dos produtos para eles utilizarem uma quantidade menor de embalagens, que serão futuramente descartadas, além da intensificação da reutilização e reciclagem dos resíduos sólidos posteriormente ao seu descarte. Estima-se que entre 15 e 20% da mitigação do efeito estufa podem ser atingidos ao se colocar em prática essas atividades (UNEP e ISWA, 2015).
Especificamente no Brasil, em 2010 entrou em vigor a Lei nº 12.305/2010 que institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), dispondo sobre seus princípios,
3 objetivos e instrumentos, bem como sobre as diretrizes relativas à gestão integrada e ao gerenciamento de resíduos sólidos, às responsabilidades dos geradores e do poder público e aos instrumentos econômicos aplicáveis. Segundo o artigo 6º, seus princípios preconizam, entre outros, a visão sistêmica na gestão dos resíduos sólidos, que considere as variáveis ambiental, social, cultural, econômica, tecnológica e de saúde pública; o desenvolvimento sustentável; e o reconhecimento do resíduo sólido reutilizável e reciclável como um bem econômico e de valor social, gerador de trabalho e renda e promotor de cidadania. E como objetivos definidos no artigo 7º, estão, seguindo esta ordem de prioridade:
não geração, redução, reutilização, reciclagem e tratamento dos resíduos sólidos, bem como disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos; e incentivo à indústria da reciclagem, tendo em vista fomentar o uso de
matérias-primas e insumos derivados de materiais recicláveis e reciclados.
Dados estes objetivos específicos da legislação nacional, um dos pontos mais importantes para o sucesso da sua prática é a conscientização da população acerca desta problemática. Desta forma, para se planejar a coleta seletiva dos resíduos sólidos de uma dada região, e todo o gerenciamento de resíduos de uma forma geral, é essencial que o planejamento englobe processos de treinamento e educação ambiental para que a toda a sociedade esteja preparada para receber este serviço e possa sustentá-lo da melhor forma possível.
Assim, o presente trabalho visa analisar, sobre o ponto de vista econômico, a prática da coleta seletiva de resíduos recicláveis, de forma que estes possam ser reaproveitados e ter um destino final alternativo ao aterro sanitário. A análise deste trabalho foi feita por meio do uso do aplicativo de roteamento de veículos ORTEC Routing and Dispatch (ORD), que visa apoiar esta tomada de decisão, sendo aplicado em um estudo de caso de uma empresa que realiza a coleta de resíduos sólidos provenientes de estabelecimentos comerciais no município do Rio de Janeiro, Brasil. Foi proposto um planejamento da coleta seletiva para que ela fosse implantada de forma gradativa de acordo com a conscientização da população abrangida pelo estudo de caso.
1.1. OBJETIVOS
O objetivo principal desta dissertação é analisar, sob o ponto de vista econômico, a operação de coleta seletiva de resíduos recicláveis por meio da sua simulação em um
4 aplicativo de roteamento de veículos, considerando os horários de atendimento dos pontos a serem coletados e a quantidade de resíduos gerada em cada um destes pontos.
Os objetivos específicos são:
Elaborar um planejamento da coleta seletiva de forma a atender todos os pontos de coleta avaliados no estudo de caso;
Identificar as variáveis necessárias para a simulação da operação no aplicativo de roteamento de veículos ORD e preparar os dados de entrada para o mesmo;
Realizar simulações no aplicativo de forma a representar os cenários de planejamento propostos;
Comparar os resultados de cada cenário de planejamento, a fim de avaliar a viabilidade econômica de implantação desta operação; e
Comparar também os resultados obtidos com os encontrados na literatura internacional, a partir de outros aplicativos de roteamento utilizados.
1.2. ESTRUTURA
A partir da seção introdutória, este trabalho segue com o Capítulo 2 que apresenta um contexto da cadeia logística dos resíduos sólidos e suas características, além de apresentar um panorama do Brasil e especificamente do Rio de Janeiro, que é objeto do estudo de caso desta dissertação. Também neste capítulo são apresentados conceitos sobre o problema de roteamento de veículos com janelas de tempo.
O Capítulo 3 apresenta todo o procedimento para a revisão bibliográfica sistemática, escolhida para este trabalho, assim como seus resultados. A seguir, o Capítulo 4 apresenta as características do aplicativo de roteamento de veículos escolhido para realizar as simulações do planejamento da coleta seletiva proposta.
O estudo de caso é apresentado no Capítulo 5, seguido do Capítulo 6 que faz a apresentação e análise dos resultados obtidos com as simulações no aplicativo a partir dos dados de entrada do estudo de caso.
Por fim, o Capítulo 7 apresenta as conclusões finais da dissertação e faz sugestões para trabalhos futuros.
5
2 CONTEXTUALIZAÇÃO E CONCEITUAÇÃO
Este Capítulo tem como objetivo apresentar a contextualização e problematização da área de estudo deste trabalho, indicando suas principais características.
2.1. CADEIA LOGÍSTICA DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Primeiramente é apresentada a definição de resíduos sólidos e o tipo de resíduo que é considerado neste trabalho, segundo sua classificação estabelecida pela Lei Federal 12.305/2010, que define os resíduos sólidos como sendo o “material, substância, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em sociedade, cuja destinação final se procede, se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, nos estados sólido ou semissólido, bem como gases contidos em recipientes e líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou em corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnicas ou economicamente inviáveis em face da melhor tecnologia disponível” (BRASIL, 2010).
Segundo a LEI nº 12.305/2010, os resíduos sólidos são classificados quanto à sua origem da seguinte forma:
a) resíduos domiciliares: os originários de atividades domésticas em residências urbanas;
b) resíduos de limpeza urbana: os originários da varrição, limpeza de logradouros e vias públicas e outros serviços de limpeza urbana;
c) resíduos sólidos urbanos (RSU): os englobados nas alíneas “a” e “b”, podendo ser aplicada, dentre outras, a subdivisão:
ix - o resíduo que possa ser tipificado como domiciliar produzido em estabelecimentos comerciais, de serviços ou unidades industriais ou instituições/entidades públicas ou privadas ou unidades de trato de saúde humana ou animal ou mesmo em imóveis não residenciais, cuja natureza ou composição sejam similares àquelas do lixo domiciliar e cuja produção esteja limitada ao volume diário, por contribuinte, de 120 litros ou 60 quilogramas; e
d) resíduos de estabelecimentos comerciais e prestadores de serviços: os gerados nessas atividades, excetuados os resíduos de limpeza urbana, os resíduos de serviços públicos de saneamento básico, os resíduos de serviço de saúde, os resíduos de construção civil e os resíduos de serviços de transporte.
6 De acordo com o Ministério das Cidades, agências públicas são responsáveis pela administração e gerenciamento dos resíduos sólidos municipais (SNIS, 2016). De acordo com o SNIS (2016), 94,1% do total de municípios do país apresentam órgãos públicos como gestores do manejo de resíduos sólidos urbanos, seguidas pelas empresas públicas, com um índice de 3,2%, pelas autarquias, com 2,0% e, por último, pelas sociedades de economia mista com administração pública, cujo resultado não chega a atingir 1,0%. O SNIS (2016) conclui também que, à medida que cresce o porte populacional do município, diminui a incidência da administração pública direta como órgão gestor do manejo de resíduos sólidos nos municípios brasileiros. Por conseguinte, sobe a incidência de outros tipos de organização, sobretudo as autarquias e, em menor escala, as empresas públicas e as sociedades de economia mista. Porém, é comum observar que essas entidades públicas não possuem toda a infraestrutura necessária para realizar as atividades que o gerenciamento de resíduos contempla. Desta forma, o setor público concede um credenciamento às empresas privadas para que estas possam realizar o serviço de coleta e transporte dos resíduos sólidos urbanos, além de operar as estações de transferência e destinos finais dos resíduos. O SNIS (2016) atesta que, de forma geral, a receita arrecadada com os serviços de manejo de resíduos sólidos nos municípios mostra-se insuficiente para manter todas as atividades necessárias.
Especificamente no caso do município do Rio de Janeiro, a Lei municipal Nº 3273/2001 prega que todos os estabelecimentos comerciais que, por um lado possuem as mesmas características apresentadas no subitem “c-ix" e que, por outro, produzem uma quantidade de resíduos maior que 120 l ou 60 kg por dia, deve contratar uma empresa privada para realizar a coleta dos mesmos. Estes resíduos recebem o nome de “extraordinário” e são o foco deste trabalho.
Como já mencionado, outro importante conceito é o gerenciamento de resíduos sólidos que, segundo a Lei nº 12.305/2010, é definido como o “conjunto de ações exercidas, direta ou indiretamente, nas etapas de coleta, transporte, transbordo, tratamento e destinação final ambientalmente adequada dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos, de acordo com plano municipal de gestão integrada de resíduos sólidos ou com plano de gerenciamento de resíduos sólidos”. Tanto o plano municipal de gestão integrada quanto o plano de gerenciamento de resíduos sólidos são instrumentos na PNRS.
As etapas que compõem o gerenciamento de RSU são elementos da cadeia logística existente no país. Desta forma, a cadeia se divide em regiões de demanda, que são as
7 áreas de geração dos resíduos; as estações de transferência, que são pontos intermediários na cadeia; e os destinos finais, que são os receptores finais dos resíduos, que farão seu tratamento e transformação final. Tais componentes estão ilustrados na Figura 2.1, sendo que as quantidades de cada componente variam para cada local de estudo.
Figura 2.1. Componentes da cadeia logística de RSU
A operação de coleta de resíduos compreende toda a região de demanda que os destina diretamente aos receptores finais ou então aos receptores intermediários da cadeia, que são as estações de transferência. Estas, segundo o IBAM (2001), surgem com o objetivo de combater:
o atraso nos roteiros de coleta, o que leva ao aumento da exposição dos resíduos nas ruas;
o aumento do tempo improdutivo dos trabalhadores à espera do retorno do veículo que foi descarregar os resíduos no aterro;
o aumento do custo de transporte;
a redução da produtividade dos caminhões de coleta; e
Ponto de demanda
Região de demanda
Estação de Transferência
Destino Final
Transporte da Região de Demanda para a Estação de Transferência Transporte da Estação de Transferência para o Destino Final Transporte da Região de Demanda para o Destino Final
8 o alto custo para a implantação de aterros em áreas urbanas, além da não
aceitação da população.
Desta forma, as estações de transferência são unidades instaladas próximas ao centro de massa da geração de resíduos para que os caminhões de coleta, depois de cheios, façam a descarga e retornem rapidamente para complementar o roteiro de coleta. Normalmente as estações de transferência são implantadas quando a distância entre o centro de massa da coleta e o aterro sanitário é superior a 25 km. Então, o transporte para o aterro sanitário dos resíduos descarregados nas estações de transferência é feito por veículos de maior porte e de menor custo unitário de transporte (IBAM, 2001)
Por outro lado, na cadeia de logística dos resíduos recicláveis, os resíduos são previamente segregados conforme sua constituição ou composição para sua coleta nas regiões de demanda (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012). Neste caso, os pontos intermediários são estações de triagem e separação dos materiais coletados. Nelas ocorre a separação dos recicláveis por tipo de material (vidro, plástico, papelão, metal, entre outros) e o beneficiamento dos mesmos para que eles possam ser encaminhados para as usinas de reciclagem (FERRI; CHAVES; RIBEIRO, 2015). Já a fração orgânica dos resíduos deve ser separada da fração reciclável na sua geração, pois ela terá uma coleta diferenciada, pois será encaminhada diretamente para o seu tratamento por um processo de compostagem ou para o aterro sanitário.
A coleta seletiva dos resíduos recicláveis no Brasil pode ser realizada por órgãos públicos locais, por empresas privadas, por cooperativas de catadores e ainda por comerciantes que fazem o intermédio da sua venda para as empresas recicladoras. As empresas trabalham visando o lucro com a revenda destes materiais, ao contrário das cooperativas, que recebem doações. A coleta seletiva pode ser realizada porta-a-porta, por caminhões específicos para este tipo de operação, ou por pontos de entrega voluntária de resíduos (PEV), em que o próprio gerador encaminha os resíduos recicláveis para um ponto específico onde será triado (FERRI; CHAVES; RIBEIRO, 2015). Assim, o PEV é um ponto intermediário na cadeia, aonde ocorrerá a triagem dos resíduos, ou então o modelo de coleta porta-a-porta encaminhará os resíduos, após serem coletados, também para um ponto intermediário de coleta.
Em relação aos aspectos da cadeia dos resíduos recicláveis, alguns fatores influenciam o seu crescimento em países em desenvolvimento, como as políticas públicas, ações de financiamento do governo, a caracterização e segregação dos resíduos, educação ambiental e conscientização da população e toda a administração
9 do gerenciamento dos resíduos, para que ocorra de forma estruturada e organizada. Além disso, o acesso restrito a novas tecnologias de tratamento dos resíduos além do alto custo da cadeia como um todo também são fatores que dificultam o crescimento do setor no país (FERRI; CHAVES; RIBEIRO, 2015).
Por fim, em relação aos destinos finais possíveis para o tratamento dos resíduos sólidos urbanos, o mais utilizado no Brasil é o aterro sanitário. Um aterro sanitário conta necessariamente com os seguintes processos (IBAM, 2001):
• impermeabilização de fundo (obrigatória) e superior (opcional); • sistema de coleta e tratamento dos líquidos percolados (chorume); • sistema de coleta e queima (ou beneficiamento) do biogás (gás metano); • sistema de drenagem e afastamento das águas pluviais; e
• sistemas de monitoramento ambiental, topográfico e geotécnico.
Existem também os chamados aterros controlados que são antigas áreas de lixões, locais onde os resíduos eram depositados diretamente no solo e sem nenhum controle dos impactos ambientais, mas que foi recuperado. A única diferença básica para os sanitários é que os controlados não contam com a coleta e tratamento do chorume, assim como a drenagem e queima do biogás.
Caso haja a separação dos resíduos recicláveis dos orgânicos, é necessário tratar os dois tipos de resíduo separadamente. Os orgânicos podem receber o tratamento de compostagem, que é a decomposição biológica de materiais, de origem animal e vegetal, pela ação de microrganismos. Para que ele ocorra não é necessária a adição de qualquer componente físico ou químico à massa de resíduos. A compostagem pode ser aeróbia ou anaeróbia, em função da presença ou não de oxigênio no processo. Vale ressaltar que existe também uma fração de rejeitos que deve ser considerada na composição gravimétrica dos resíduos. Esta fração é de embalagens e outros tipos de materiais que não puderam ser reaproveitados pela reciclagem e, por isso, não são segregados da fração orgânica.
No processo anaeróbio, a decomposição é realizada por microrganismos que podem viver em ambientes sem a presença de oxigênio; ocorre em baixa temperatura, com exalação de fortes odores, e leva mais tempo até que a matéria orgânica se estabilize. Na compostagem aeróbia, a decomposição é realizada por microrganismos que só vivem na presença de oxigênio. A temperatura pode chegar a até 70ºC, os odores emanados não são agressivos e a decomposição é mais veloz. Neste processo os
10 resíduos orgânicos têm como produto final o composto orgânico, um material rico em húmus e nutrientes minerais, que pode ser utilizado na agricultura como recondicionador de solos, tendo algum potencial fertilizante (IBAM, 2001).
E para os resíduos recicláveis o processo de tratamento é a reciclagem, que consiste na transformação dos resíduos sólidos que envolve a alteração de suas propriedades físicas, físico-químicas ou biológicas, com vistas à transformação em insumos ou novos produtos, observadas as condições e os padrões estabelecidos pelos órgãos competentes do SISNAMA e, se couber, do SNVS e do SUASA (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012). Esses resíduos são previamente separados do resíduo orgânico pelo gerador, mas todos os tipos de materiais são acondicionados em conjunto. Então, no processo de triagem, cada tipo de material é separado um do outro a partir da sua disposição em esteiras. Eles podem ser separados manualmente, por catadores, ou por equipamentos eletromecânicos, conseguindo-se em geral uma eficiência de apenas 3 a 6% em peso, dependendo do tamanho e do grau de sofisticação tecnológica da usina (IBAM, 2001). Posteriormente a essa triagem, os materiais são agrupados ou prensados em fardos para serem enviados às usinas de reciclagem, que realmente farão a transformação físico-química do material.
Portanto, o presente trabalho considera a cadeia logística dos resíduos extraordinários, provenientes de estabelecimentos comerciais, para os cenários com e sem a coleta seletiva dos resíduos recicláveis. Foi utilizada, como estudo de caso, a operação de coleta destes resíduos no município do Rio de Janeiro. Sendo assim, as duas próximas seções apresentam panoramas do Brasil e do Rio de Janeiro, a fim de caracterizar esta região de estudo.
2.2. PANORAMA DO BRASIL
Segundo a ABRELPE (2015), a geração total de resíduos sólidos urbanos no Brasil, em 2015 foi de aproximadamente 72,5 milhões de toneladas, o que representa um aumento de 1,7% em relação ao ano anterior. Este índice é superior à taxa de crescimento populacional do país no período, que foi de 0,9%. Houve um aumento de 1,8% no total de RSU coletado em 2014 relativamente a 2015. A comparação deste índice com o crescimento da geração de RSU mostra uma discreta evolução na cobertura dos serviços de coleta de RSU.
Em relação à disposição de RSU, o SNIS (2016) indica que 52,0% do total de resíduos coletados foram destinados, em 2014, a aterros sanitários. Os aterros controlados são
11 a segunda forma de disposição mais utilizada, com 13,1%, seguidos pelos lixões, com a expressiva participação de 12,4%. As unidades de triagem e compostagem receberam, respectivamente, 2,5% e 0,4% do total de resíduos coletados no país. O relatório ainda aponta que 19,6% não informaram o tipo de disposição utilizada. Porém, ABRELPE (2015) atenta para 3.326 municípios que ainda fazem uso de unidades inadequadas de destino final, como lixões e aterros controlados.
A Figura 2.2 representa espacialmente os tipos de destinos finais utilizados por cada município do país. A partir desta figura é possível observar que as regiões norte, nordeste e centro-oeste apresentam ainda uma incidência grande de lixões como forma de destino final dos resíduos coletados, enquanto que nas regiões sul e sudeste prevalece o uso de aterro sanitários.
Figura 2.2. Tipos de destino final utilizados no Brasil, por município Referência: SNIS (2016).
12 O SNIS (2016) apurou também que a coleta seletiva dos resíduos recicláveis é praticada em 1.322 dos 3.765 municípios considerados na pesquisa, o que representa 35,1% deste universo. O resultado quanto à existência de coleta seletiva nos municípios, independente da forma (porta-a-porta, em PEVs ou outra modalidade) ou da abrangência em cada município, é representado na Figura 2.3. Curiosamente pode-se obpode-servar que, mesmo com o aumento da quantidade de municípios com coleta seletiva, houve o aumento de municípios sem coleta seletiva, dado que a quantidade de municípios sem informação foi menor nesses anos.
Figura 2.3. Evolução do índice de ocorrência do serviço de coleta seletiva Referência: Com base em SNIS (2016).
Agregando valor aos índices de quantidade de municípios com coleta seletiva porta-a-porta, verifica-se que 1.178 municípios disponibilizam o serviço a uma população urbana de 52 milhões de habitantes, o que representa 35,3% do total pesquisado (3.765 municípios) ou 30% da população urbana do país (SNIS, 2016). A Figura 2.4 apresenta os tipos de coleta seletiva observados por cada região do Brasil.
Por fim, o SNIS (2016) apresenta ainda a quantidade de resíduos recicláveis coletada segundo cada ator responsável, sendo que 43,5% da quantidade total de resíduos no país foi coletada por catadores com apoio da prefeitura, 37,8% por empresas contratadas pela prefeitura e 18,7% diretamente pela prefeitura. De toda essa quantidade coletada, a Região Sul é a região em que mais foi possível recuperar os resíduos recicláveis, ou seja, tratá-los (15,8 kg/hab/ano em 2014). A Região
Centro-0,0% 5,0% 10,0% 15,0% 20,0% 25,0% 30,0% 35,0% 40,0% 45,0% 50,0% Municípios com coleta seletiva Municípios sem coleta seletiva Sem informação 2012 2013 2014
13 Oeste apresenta a segunda maior recuperação, com 7,7 kg/hab/ano, seguida do Sudeste, com 4,4 kg/hab/ano e do Norte, com 4,1 kg/hab/ano.
Figura 2.4. Ocorrência do serviço de coleta seletiva e populações correspondentes, segundo região geográfica
Referência: SNIS (2016).
2.3. PANORAMA DO RIO DE JANEIRO
Segundo a PREFEITURA MUNICIPAL (2012), no município do Rio de Janeiro verifica-se que 4.777 toneladas de resíduos domiciliares são coletados por dia, correspondendo a 49,4% do total de resíduos coletados. Seguido do domiciliar, a PREFEITURA MUNICIPAL (2012) também constata que o segundo maior tipo de resíduo coletado pelo município é o público, com 3.139 t/dia (32,5%) . Os resíduos oriundos de grandes geradores, que são considerados os resíduos extraordinários emitidos pelos estabelecimentos comerciais, apresentam uma participação de 1.155 t/dia, ou seja, 11,9% do total coletado. Por fim, os outros 6,2% dos resíduos coletados pela Prefeitura Municipal são oriundos do serviço de remoção gratuita, emergência e os resíduos de serviço de saúde, além de outros não identificados (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012).
Já o Diagnóstico Preliminar de Resíduos Sólidos da Cidade do Rio de Janeiro (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012) indica que em torno de 133,20 t/dia são coletados por empresas privadas em shoppings, 195,00 t/dia são coletados no setor hoteleiro e 200,00 t/dia são coletados em supermercados. Desta forma, o município totaliza uma
0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0%
Municípios com coleta seletiva
Municípios com coleta seletiva porta-a-porta
População urbana atendida pela coleta seletiva porta-a-porta
% médio de municípios com coleta seletiva porta-a-porta
14 quantidade de 9.666 t/dia de resíduos coletados, provenientes de estabelecimentos comerciais (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012).
Em relação à composição gravimétrica dos resíduos gerados pelo município do Rio de Janeiro, o resíduo orgânico possui uma grande participação (52,7% do total de resíduos sólidos urbanos gerados). Já os resíduos recicláveis possuem uma participação de 40,9%. Da totalidade de materiais recicláveis presente no lixo domiciliar, o plástico nas suas diferentes formas (PVC, PET, PE, dentre outras) e o papel papelão respondem por mais de 80% desses materiais, como mostra a Figura 2.5.
Figura 2.5. Resíduos potencialmente recicláveis registrados pela coleta seletiva municipal
Referência: PREFEITURA MUNICIPAL (2015)
O total de resíduos coletados sem separação é destinado adequadamente pelo Poder Público Municipal às estações de transferência localizadas em Santa Cruz (com a movimentação de 1.094 t/dia), Bangu (1.832 t/dia movimentadas), Penha (1.458 t/dia movimentadas), Caju (movimentação de 3.281 t/dia), além de Marechal Hermes, Taquara e Jacarepaguá com 729 t/dia movimentadas em cada um. O aterro sanitário municipal está localizado em Seropédica, com 220 hectares e recebe 9.843 toneladas por dia (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012). Existem também estações de transferência e aterro municipais operados por empresas privadas e que estão localizadas em torno de toda a Região Metropolitana do Rio de Janeiro, como é o caso da estação de transferência em Jardim Gramacho e o aterro sanitário em Nova Iguaçu e Alcântara. A
3,4% 9,9% 29,9% 8,9% 1,9% 6,1% 5,1% 4,8% 5,7% 20,6% 3,0% 0,8% Matéria orgânica Outros Papel Papelão Tetra pack Plástico duro Plástico filme PET Vidro incolor Vidro colorido
15 Figura 2.6 apresenta a localização de todas essas estações de transferência e aterros mencionados.
Figura 2.6. Localização das estações de transferência e aterros sanitários Fonte: adaptado do Google Earth
Por outro lado, o Programa de Coleta Seletiva Solidária da Prefeitura, criado pelo Decreto Municipal nº 30.624/2009, destina atualmente materiais recicláveis, separados nas unidades da administração municipal, às cooperativas e associações de catadores, com perspectivas de crescimento das mesmas (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012).
Os grandes atacadistas, que compram os resíduos recicláveis de pequenas empresas, cooperativas e associações de catadores, são os responsáveis pela destinação, direta ou após beneficiamento, às usinas de reciclagem, cuja grande maioria está estabelecida fora do município e, em muitos casos, fora do estado do Rio de Janeiro. A PREFEITURA MUNICIPAL (2015) identificou que o equivalente a 1.000 t/dia de material foi enviado para reciclagem em 2014. Foram identificadas 47 empresas receptoras de materiais recicláveis, devidamente regularizadas junto ao Cadastro Nacional de Pessoa Jurídica. Das 47, existem no município 31 empresas cadastradas que processam 2.596 t/mês, além de processarem 16.341 l/mês de óleo residual de fritura e 96 t/mês de madeira (PREFEITURA MUNICIPAL, 2015).
16 Por fim, a Prefeitura Municipal realiza o processo de compostagem do resíduo orgânico na Usina do Caju, gerando o composto orgânico FERTILURB. Este produto vem sendo empregado nas ações de reflorestamento na cidade, dentro do Programa de Reflorestamento e Preservação de Encostas do Município. Grandes geradores do ramo de hortifrutigranjeiros destinam os resíduos orgânicos diretamente à Usina do Caju (PREFEITURA MUNICIPAL, 2012).
A seção a seguir apresenta conceitos relacionados à operação de coleta de resíduos que, por sua vez, é representada pelo clássico problema de roteamento de veículos (PRV). As coletas podem ser realizadas em arcos (por exemplo, segmentos viários de um município) ou em vértices (por exemplo, restaurantes). O roteamento baseado em arcos é bastante comum em operações de coleta e envolve, basicamente, o deslocamento de caminhões ao longo das via para realizar a coleta dos resíduos (LONGO, 2004). Já o roteamento baseado em vértices considera que os clientes, ou seja, os pontos de demanda, estejam distribuídos em locais específicos da rede viária, que é o caso do presente estudo.
2.4. PROBLEMA DE ROTEAMENTO DE VEÍCULOS
Segundo NOVAES (2007), um problema real de roteamento de veículos (PRV) é definido por três fatores fundamentais: decisões, objetivos e restrições. As decisões dizem respeito à alocação de um grupo de clientes, que devem ser visitados por um conjunto de veículos e seus respectivos motoristas, envolvendo também a programação e o sequenciamento das visitas. Como objetivos principais, o processo de roteamento visa propiciar um bom nível de serviço aos clientes, mas ao mesmo tempo mantendo os custos operacionais e de capital tão baixos quanto possível. Por outro lado, deve obedecer a certas restrições como as capacidades dos veículos, os limites de tempo impostos pela jornada de trabalho dos motoristas e ajudantes e as restrições de tráfego, no que se refere às velocidades máximas, horários de carga/descarga, tamanho máximo dos veículos nas vias públicas, entre outros.
Desta forma, o PRV consiste em definir roteiros de veículos que minimizem o custo total de atendimento, cada um dos quais iniciando e terminando no depósito ou base dos veículos, assegurando que cada ponto seja visitado exatamente uma vez e que a demanda em qualquer rota não exceda a capacidade do veículo que a atende (CUNHA, 2000). O objetivo é minimizar o custo total, definido pela soma dos custos de cada rota gerada (VIEIRA, 2013).
17 Um dos primeiros trabalhos sobre o PRV foi denominado PRV Capacitado (PRVC), em que os clientes possuem demandas determinísticas, ou seja, conhecidas previamente, e que devem ser atendidas integralmente por apenas um veículo. Todos os veículos são semelhantes e partem de um único depósito. Somente a restrição de capacidade é imposta ao problema, ou seja, a soma das demandas de todos os clientes pertencentes a uma rota não deve superar a capacidade do veículo a ela designado. Este problema não é capaz de representar todas as situações cotidianas enfrentadas na prática. Assim, faz-se necessário introduzir algumas restrições associadas aos clientes, aos veículos ou aos depósitos, como por exemplo (VIEIRA, 2013):
diferentes tipos de produtos;
apenas um determinado subconjunto dos veículos pode ser utilizado para um dado conjunto de clientes, em função de limitações de acesso ou do tipo de mercadoria transportada;
o serviço de carregamento ou descarregamento das mercadorias deve ser executado em um tempo predefinido; e
a entrega dos produtos deve ser feita em um período determinado, de maneira a respeitar os horários de funcionamento de seus estabelecimentos, as limitações de tráfego e os prazos de entrega exigidos.
Os veículos, por sua vez:
podem ser de diferentes tipos ou possuírem capacidades diferentes;
podem ser subdivididos em compartimentos, permitindo o transporte de diferentes produtos em diversas quantidades; e
podem suportar um tempo máximo de operação, antes de serem submetidos à revisão.
Com o avanço dos estudos sobre o PRV, surgiu o problema de roteamento de veículos com janelas de tempo (PRVJT), que é uma especialização do PRVC. O PRVJT associa a cada cliente um período de tempo no qual um veículo deve atendê-lo. A esse intervalo dá-se o nome de janela de tempo. Como o problema de coleta de resíduos apresentado nesta dissertação apresenta as características básicas do PRVJT, optou-se por apresentar a formulação matemática do PRVJT, a fim de consolidar o seu entendimento.
Como no PRVC, o PRVJT é representado por um grafo 𝐺 = (𝑉, 𝐴), em que 𝐴 é o conjunto de arcos e 𝑉 = {0, 1,2, … , 𝑛} é o conjunto de vértices. O vértice 0 indica o
18 depósito, enquanto os demais vértices representam os clientes, sendo assim, seja 𝑃 = {1,2, … , 𝑛} o conjunto de todos os clientes. Cada cliente 𝑖 ∈ 𝑃 possui:
demanda 𝑚𝑖;
tempo de serviço 𝑠𝑖; e
janela de tempo [𝑒𝑖, 𝑙𝑖] sendo 𝑒𝑖 o instante de início da janela de tempo e 𝑙𝑖 o instante de término da janela de tempo.
O depósito também possui uma janela de tempo [𝑒0, 𝑙0] que determina o momento a partir do qual os veículos podem começar a trafegar (𝑒0) e o horário limite para o retorno de todos eles (𝑙). Por último, seja 𝐾 o conjunto de todos os veículos sendo que cada um possui capacidade 𝐶.
O objetivo do problema é a minimização do custo total de transporte que, usualmente, é representado pela distância total percorrida, sendo assim, seja 𝑐𝑖𝑗 a distância entre os vértices 𝑖 ∈ 𝑉 e 𝑗 ∈ 𝑉.
Em termos de variáveis de decisão, seja 𝑋𝑖𝑗𝑘 ∈ {0,1} uma variável binaria que se 𝑋𝑖𝑗𝑘= 1, o veículo 𝑘 ∈ 𝐾 deve se deslocar do vértice 𝑖 ∈ 𝑉 para o vértice 𝑗 ∈ 𝑉, caso
contrário, 𝑋𝑖𝑗𝑘 = 0. Por outro lado, a variável 𝐵𝑖 ≥ 0 indica o início do atendimento ao
cliente 𝑖 ∈ 𝑃. Com as definições apresentadas, o modelo matemático do PRVJT é apresentado a seguir (VIEIRA, 2013):
Minimizar: ∑ ∑ ∑ 𝑐𝑖𝑗 𝑋𝑖𝑗𝑘 𝑘∈𝐾 𝑗∈𝑉 𝑗≠𝑖 𝑖∈𝑉 (2.1) Sujeito a: ∑ ∑ 𝑋0𝑗𝑘 ≤ |𝐾| 𝑗∈𝑃 𝑘∈𝐾 (2.2) ∑ 𝑋0𝑗𝑘 𝑗∈𝑃 = ∑ 𝑋𝑗0𝑘 𝑗∈𝑃 ≤ 1, 𝑘 ∈ 𝐾 (2.3) ∑ ∑ 𝑋𝑖𝑗𝑘 𝑗∈𝑉 𝑗≠𝑖 𝑘∈𝐾 = 1, 𝑖 ∈ 𝑃 (2.4)
19 ∑ 𝑋𝑖𝑗𝑘 𝑗∈𝑉 − ∑ 𝑋𝑗𝑖𝑘 𝑗∈𝑉 𝑗≠𝑖 = 0, 𝑘 ∈ 𝐾, 𝑖 ∈ 𝑃 (2.5) ∑ ∑ ∑ 𝑋𝑖𝑗𝑘 𝑗∈𝑆 𝑗≠𝑖 ≤ |𝑆| 𝑖∈𝑆 − 𝑣(𝑆), 𝑘∈𝐾 ∀𝑆 ⊆ 𝑃, |𝑆| ≥ 2 (2.6) ∑ 𝑚𝑖 𝑖∈𝑃 ∑ 𝑋𝑖𝑗𝑘 𝑗∈𝑉 𝑗≠𝑖 ≤ 𝐶, 𝑘 ∈ 𝐾 (2.7) ∑ ∑𝑖∈𝑉𝑋𝑖𝑗𝑘 𝑖≠𝑗 (𝐵𝑖+ 𝑠𝑖+ 𝑡𝑖𝑗) ≤ 𝐵𝑗 𝑘∈𝐾 , 𝑗 ∈ 𝑃 (2.8) 𝑒𝑖 ≤ 𝐵𝑖 ≤ 𝑙𝑖 , 𝑖 ∈ 𝑉 (2.9) 𝑋𝑖𝑗𝑘 ∈ {0, 1}, 𝑖 ∈ 𝑉, 𝑗 ∈ 𝑉\𝑗 ≠ 𝑖, 𝑘 ∈ 𝐾 (2.10)
A função objetivo (2.1) busca minimizar a distância percorrida. A Restrição (2.2) garante que no máximo |𝐾| veículos deixarão o depósito, enquanto que as Restrições (2.3) asseguram que cada rota tenha início e fim no depósito. As Restrições (2.4) e (2.5) garantem que cada cliente seja visitado uma única vez e que, após ser atendido, o veículo deve deixá-lo. As Restrições (2.6) evitam que seja criado um subciclo que não inclua o depósito, sendo que 𝑣(𝑆) representa o número mínimo de veículos necessário para atender o conjunto de clientes 𝑆 ⊆ 𝑃. Por exigir que o número de veículos usados para atender os clientes do conjunto 𝑆 não seja inferior a 𝑣(𝑆), que é o mínimo necessário, as Restrições (2.6) asseguram, indiretamente, que a capacidade dos veículos não seja violada. Entretanto, para dar maior clareza à formulação do problema, as Restrições (2.7) explicitam a restrição da capacidade dos veículos.
Já as Restrições (2.8) relacionam o instante de início do atendimento de dois clientes visitados consecutivamente por um mesmo veículo. Ela evita que o intervalo entre os instantes de início do atendimento desses clientes seja inferior à soma do tempo gasto no atendimento do primeiro cliente com o tempo necessário para a viagem entre os dois clientes. A folga de tempo apresentada nesta restrição corresponde ao tempo de espera do veículo que atende o cliente 𝑗 ∈ 𝑃, ou seja, o tempo decorrido entre o instante de chegada do veículo ao endereço do cliente e o início do atendimento de fato. Por sua vez, as Restrições (2.9) impedem que o início do atendimento de um cliente ocorra fora da sua janela de tempo. Por fim, as Restrições (2.10) garantem o domínio das variáveis de decisão.
20 O PRVJT é conhecido por ser da classe NP-Hard, ou seja, possui complexidade exponencial. Em outras palavras, o esforço computacional para a sua resolução exata cresce exponencialmente com o tamanho do problema (dado pelo número de pontos a serem atendidos). Em termos práticos, isto significa que não é possível encontra a solução ótima de problemas reais, pertencentes à classe NP-Hard (CUNHA, 2000; LAPORTE, 2009).
Consequentemente, os métodos de solução da maioria dos aplicativos comerciais encontrados no mercado para roteamento de veículos são heurísticos ou meta-heurísticos, isto é, não asseguram a obtenção da solução ótima do ponto de vista matemático. Essa complexidade matemática dos problemas de roteamento, assim como a sua relevância no contexto logístico atual, explicam o constante interesse em busca de novas estratégias de solução. Muitas vezes as heurísticas se apoiam em uma abordagem intuitiva, na qual a estrutura particular do problema possa ser considerada e explorada de forma inteligente, para a obtenção de uma solução adequada (CUNHA, 1997; LAPORTE, 2009). Daí, em muitos casos, há a necessidade de buscar soluções personalizadas para cada problema (CUNHA, 2000).
As heurísticas podem ser divididas em algoritmos de construção e de refinamento. As heurísticas de construção são aquelas que geram uma solução viável (que respeita as restrições) passo a passo. A geração da solução viável pode ser feita tanto de forma sequencial, ou seja, construindo uma rota por vez, como em paralelo, construindo várias rotas simultaneamente. As heurísticas de refinamento nada mais são que técnicas de busca local, tendo como objetivo melhorar uma dada solução por meio da exploração de sua vizinhança (LAPORTE, 2009). Assim como as heurísticas, as meta-heurísticas têm como objetivo explorar apenas parte do espaço solução. Elas englobam as estratégias e técnicas mais recentes e avançadas, não tradicionais, que são baseadas em sistemas especialistas, métodos de busca e, principalmente, procedimentos iterativos com alguma inteligência no processo de busca, para explorar de maneira mais inteligente as regiões mais promissoras do espaço de soluções.
Nos últimos anos, novos algoritmos vêm sendo desenvolvidos para solucionar o problema de roteamento de veículos de uma forma geral. Segundo CORDEAU et al. (2008), as melhores metodologias de solução utilizam métodos exatos como o branch-and-cut e o branch-branch-and-cut-and-price. Seu sucesso está atrelado ao uso de inequações válidas e ao desenvolvimento de procedimentos de separação eficientes.
21 Os algoritmos mais populares para esse tipo de problema se baseiam no modelo de geração de colunas (CORDEAU et al., 2008)
Novas heurísticas e meta heurísticas também vêm surgindo com uma série de novas técnicas como o tabu search, simulated annealing, variable neighbourhood search e large neighbourhood search. Seu desenvolvimento depende do projeto de mecanismos de busca inteligentes (CORDEAU et al., 2008).
2.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo foi apresentada a contextualização do setor de resíduos sólidos no Brasil e especificamente no Rio de Janeiro, que é o local de estudo deste trabalho. Também foram apresentados os conceitos abordados nesta dissertação e suas características, como a cadeia logística do RSU e o PRVJT, que é o problema que representa satisfatoriamente a operação de coleta de resíduos, objeto de estudo desta dissertação. Este tipo de problema vem sendo muito estudado atualmente, tanto no caso de coleta de mercadorias quanto para entrega, e cada vez mais novos algoritmos vêm sendo desenvolvidos. Como este trabalho visa utilizar o PRVJT como uma ferramenta para analisar, sob o ponto de vista econômico, a operação de coleta seletiva dos resíduos recicláveis, a próxima seção apresenta a revisão bibliográfica sistemática para o uso de aplicativos disponíveis que empregam o PRVJT.
22
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Segundo NOVAES (2007), existe no mercado um número razoável de aplicativos computacionais de roteamento, que ajudam as empresas a planejar e programar os serviços de distribuição física. Eles utilizam tecnologias que vêm sendo desenvolvidas e aprimoradas como a conexão direta com a Internet. Também diversos aplicativos de roteamento utilizam sistemas de comunicação de dados sem fio (wireless data communication) e meta-heurísticas para obtenção das rotas. Segundo Hall (2006), a palavra-chave nos sistemas de roteamento de veículos é a integração como, por exemplo, os módulos para previsão das entregas, para planejamento da utilização das docas nos depósitos, para programação das equipes de carga/descarga etc. integrados com o aplicativo de roteamento e de alocação de veículos e tripulação.
Outra tendência é integrar o planejamento do serviço para mais de 24 horas e a execução das atividades de transporte dos clientes com as do operador, de modo a diminuir a ociosidade, reduzir custos e aumentar o nível de serviço (NOVAES, 2007).
CUNHA (2000) apresenta sinteticamente um conjunto de elementos para caracterização geral dos problemas de roteamento, que podem ser utilizados para a especificação dos atributos e requisitos de um aplicativo a ser adquirido ou de um modelo de roteamento a ser desenvolvido, que são:
uma ou múltiplas bases; diferentes tipos de veículos; coletas e entregas;
janelas de tempo;
tempos de carga e descarga; velocidades variáveis;
contratação de terceiros; limite de peso e volume;
múltiplos compartimentos por veículo; duração máxima do roteiro;
contabilização de horas extras;
horários de início e término de viagem; roteiros com pernoite e troca de motoristas; locais de parada fixos;
23 zonas de entrega e possibilidade de fracionamento de carga;
barreiras físicas e restrições de circulação de veículos; e mais de um roteiro por veículo.
Em particular, no mercado brasileiro os aplicativos de roteamento disponíveis no mercado são Trucks, Truckstops, RoadShow e o RouteSmart, sendo todos esses desenvolvidos por empresas estrangeiras, além de alguns desenvolvidos localmente, como, por exemplo, o RotaCerta (CUNHA, 2000). Além destes, o aplicativo ORTEC também está sendo muito utilizado por empresas em todo o mundo para a otimização de processos como um todo, e inclusive para o PRV (ORTEC, 2017). A empresa avaliada no estudo de caso desta dissertação utiliza o aplicativo ORTEC em sua operação diária.
Muitos dos pacotes disponíveis no mercado brasileiro são bastante sofisticados em termos de recursos e que permitem considerar diversos tipos de restrições, e foram testados e validados em diferentes tipos de problemas. Por outro lado, sua implantação tem exigido, às vezes, investimentos e recursos significativos, além de tempo para a preparação de bases de dados e para treinamento para utilização, até que estejam em condições operacionais para a sua efetiva utilização no dia-a-dia das empresas (CUNHA, 2000).
A partir dessas considerações, o presente trabalho fez um levantamento dos tipos de aplicativos utilizados para a coleta de resíduos sólidos por meio de uma revisão bibliográfica sistemática. Para Bereton (2007), uma revisão sistemática permite ao pesquisador uma avaliação rigorosa e confiável das pesquisas realizadas dentro de um tema específico. Ela procura identificar, avaliar e interpretar todos os trabalhos relevantes que possam satisfazer o objetivo do estudo, de forma a responder seus questionamentos relacionados a alguma área de pesquisa (Kitchenham, 2007).
Busca-se alcançar maior qualidade nas buscas e resultados da revisão bibliográfica, ou seja, compreender o “estado da arte” do assunto pesquisado. Para isso é necessário adotar um procedimento, ou seja, um conjunto de passos, técnicas e ferramentas específicas.
As razões que motivam a elaboração de uma revisão bibliográfica sistemática são (Kitchenham, 2007):
24 Reunir as características, benefícios, limitações e novas informações de uma
dada área de pesquisa existente;
Reunir informações a respeito de uma área pouco exploradas na literatura; e Fornecer uma contextualização para novas pesquisas científicas.
Desta forma, a metodologia empregada nesta dissertação se baseia no guia para revisão bibliográfica sistemática apresentada pelo Guidelines for performing Systematic Literature Reviews in Aplicativo Engineering (Kitchenham, 2007), que sugere as etapas a serem cumpridas pelo protocolo de pesquisa indicadas na Figura 3.1.
Figura 3.1. Procedimento da revisão bibliográfica sistemática Fonte: Adaptado de Kitchenham, 2007
Os processos de Identificação da necessidade de revisão, Especificação do objetivo da revisão e Desenvolvimento do protocolo de revisão, apresentados nas Seções 3.1, 3.2 e 3.3, respectivamente, fazem parte da primeira etapa da revisão bibliográfica sistemática, que é o Planejamento da revisão. Já a segunda etapa, Desenvolvimento da revisão, considera os processos reunidos no protocolo Identificação, Seleção e Inclusão dos trabalhos, além dos processos de Extração dos dados e Síntese dos resultados. Essas etapas são apresentadas nas Seções 3.4 e 3.5, respectivamente. Por fim, a terceira e última etapa, Informação, visa a Especificação dos mecanismos de divulgação dos resultados, a Elaboração de relatórios e a Divulgação. Este Capítulo
PLANEJAMENTO 1.Identificação da necessidade de revisão 2. Especificação do objetivo da revisão 3. Desenvolvimento do protocolo de revisão DESENVOLVIMENTO 4.Identificação dos trabalhos pesquisados 5. Seleção dos trabalhos pesquisados 6. Inclusão dos trabalhos pesquisados 7. Extração dos dados 8. Síntese dos resultados INFORMAÇÃO 9. Especificação dos mecanismos de divulgação 10. Elaboração
25 e o presente trabalho, como um todo, é a própria esta última etapa da revisão bibliográfica sistemática.
3.1. IDENTIFICAÇÃO DA NECESSIDADE DE REVISÃO
Esta dissertação propõe a implantação da operação de coleta seletiva de resíduos recicláveis e avalia este planejamento a partir das simulações dos cenários criados em um aplicativo de roteamento de veículos. Sendo assim, a revisão bibliográfica é de extrema importância no sentido de avaliar se a temática desta dissertação é discutida na literatura internacional e, em caso afirmativo, como ela é discutida.
3.2. ESPECIFICAÇÃO DO OBJETIVO DA REVISÃO
O objetivo desta revisão bibliográfica sistemática é identificar o tipo de aplicação em cada um dos trabalhos reunidos e avaliar os resultados obtidos com o uso de aplicativos computacionais para a resolução do PRVJT, e especificamente seu emprego no gerenciamento de resíduos sólidos. Estes resultados serão comparados com os encontrados por meio do aplicativo escolhido por este trabalho, de forma a avaliar seu desempenho.
3.3. DESENVOLVIMENTO DO PROTOCOLO DE REVISÃO
Os trabalhos mais relevantes encontrados na literatura brasileira e internacional, acerca da temática gerenciamento de resíduos sólidos, foram reunidos de acordo com o protocolo da revisão bibliográfica sistemática, indicado nas Figuras 3.2 e 3.3.
